Квантовая физика для новичков

👆🏻Вот, оказывается, в чем причина инфляции - в расширении вселенной.

Жил один мужчина по фамилии Поль Дирак. Говорят, он был умнее Эйнштейна, и математически доказал, что числа могут меняться туда-сюда. Например, идете вы в магазин, чтобы купить газировки. Приходите, смотрите в карман, а денег у вас не хватает. Как же так вышло? Вроде, все правильно посчитали, когда шли за газировкой…Человек, слабо знакомый с квантовой физикой, подумает, что он обсчитался. Но Поль Дирак доказал, что это не так. Оказывается, наша вселенная расширяется, и все остальное в ней тоже расширяется, и штаны, и карманы, где деньги лежат, тоже расширяются. И легко оттуда могут выпасть. Это он доказал в 1937 году, когда открыл Гипотезу больших чисел (LNH). Однажды он, от нечего делать, замерял отношение электростатического притяжения между протоном и электроном к силе гравитационного притяжения между ними. И оно оказалось десять в сороковой степени. На такие деньги можно все газировки в мире купить! И еще останется. Потом взял, да и посчитал возраст Вселенной в секундах и разделил его на время, за которое свет проходит радиус электрона. Оказалось — тоже десять в сороковой степени. Потом посчитал количество частиц во Вселенной. Оказалось тоже 10 в сороковой степени (только в квадрате). Ничего себе совпадение!Потом пришли другие ученые и тоже стали считать. И оказалось — всего в мире примерно десять в сороковой степени. Думают: «что-то здесь нечисто!». И наш Поль Дирак говорит: «Все очень просто: это глубокая связь между фундаментальными постоянными и возрастом Вселенной». А поскольку Вселенная растет, то и цифры растут. Если вчера в кармане сто евро было, то завтра уже сто десять будет, или даже сто двадцать. Вот такое интересное открытие сделал ученый Поль Дирак, который, говорят, был умнее Альберта Эйнштейна.

Учёные предложили новый способ построения квантового компьютера, который был бы максимально защищён от ошибок. Идея основана на так называемых топологических квантовых вычислениях — в них информация хранится не в обычных битах, а в особых квазичастицах (анионах), которые можно «заплетать» друг вокруг друга, меняя состояние системы.Обычно для этой цели рассматривают изинговские анионы, которые, по теории, могут появляться в некоторых экзотических состояниях вещества, например, в дробном квантовом эффекте Холла. Проблема в том, что с их помощью можно выполнять только ограниченный набор операций — для полноценного квантового компьютера этого мало.Авторы нашли способ обойти это ограничение. Они используют более богатую математическую модель, где кроме привычных анионов появляется новый тип, обозначаемый α. И оказалось, что добавление лишь одного такого аниона уже позволяет строить полный набор операций, необходимых для универсальных квантовых вычислений, причём всё это — только за счёт «заплетания» частиц, без дополнительных хитростей.Есть тонкость: в этой модели внутренние математические «правила» не всегда ведут себя привычно, и некоторые состояния системы имеют странные свойства. Но исследователи показали, что можно выбрать область параметров, в которой рабочее пространство кубитов остаётся «здоровым» и не уходит в нежелательные состояния.Они также придумали метод, который позволяет эффективно управлять несколькими кубитами, выполняя как отдельные операции на каждом, так и «связывая» их между собой. Для этого используется специальная техника переплетений, минимизирующая ошибки, и алгоритм, который быстро их подавляет.

О случайности и неопределенности. Если открыть любую книгу по квантовой физике, то центральным фундаментальным правилом ее будет являться принцип неопределенности Гейзенберга, который назван в честь немецкого физика Вернера Гейзенберга,- в 20-х годах прошлого века он являлся одним из создателей квантовой механики. Согласно этому принципу, нельзя одновременно определить местоположение и скорость (точнее импульс) частицы. Формульно оно выглядит так:  deltaX * delta P >= h/2 , где h - приведенная постоянная Планка,  deltaX и delta P  - среднеквадратичные отклонения координаты и импульса.Трактовка заключается в следующем: можно, например, поставить эксперимент с целью определения скорости электрона и он даст определенный результат, можно аналогично измерить местоположение и он будет также обнаруживать его в определенном месте. Но нельзя одновременно определить обе характеристики: независимо от способа определения положения он нарушает его движение, а попытка измерить импульс «смазывает» данные о его местоположении. И чем точнее определена координата, тем больше неопределенность в измерении ее импульса и наоборот. Причем, такая невозможность одновременного измерения двух характеристик не следует из характера и точности измерения эксперимента, а является присущим природе свойством. Более того, в отличие от классической физики Ньютона в квантовой физике теряется понятие траектории движения. Если обнаружить электрон сначала в точке А, а потом в точке B, то электрон движется одновременно по всем возможным траекториям. Эксперимент Юнга также демонстрирует такую неопределенность нахождения и пути электрона между щелями. Что же из этого следует? Во-первых, что движение частицы и ее местоположение - это некая суперпозиция разных состояний с определенными вероятностями. Тот самый кот Шредингера, который и жив и мертв одновременно с какими-то вероятностями, пока его не «измерят». А результат измерения определения состояния частицы дает точный, но в каком-то смысле случайный резул

Обложки физико-математического журнала «Квант».«Первый номер вышел в 1970 году. Идею создания журнала высказал Петр Леонидович Капица в 1964 году, и она нашла благодарную почву среди энтузиастов. Так был создан первый в мире научный журнал для школьников, рассчитанный на массового читателя. Материалы, накопленные в журнале за эти годы, бесценны. Сейчас старые номера журнала «Квант» практически недоступны читателям. Имеется ничтожное число библиотек, в которых есть полное собрание вышедших журналов»,- В.М.Тихомиров (заместитель главного редактора журнала «Квант»).Помимо научного содержания, журнал отличается яркими и актуальными даже в наше время обложками. На них изображены физические процессы и явления.#советскийдизайнОбложки физико-математического журнала «Квант».«Первый номер вышел в 1970 году. Идею создания журнала высказал Петр Леонидович Капица в 1964 году, и она нашла благодарную почву среди энтузиастов. Так был создан первый в мире научный журнал для школьников, рассчитанный на массового читателя. Материалы, накопленные в журнале за эти годы, бесценны. Сейчас старые номера журнала «Квант» практически недоступны читателям. Имеется ничтожное число библиотек, в которых есть полное собрание вышедших журналов»,- В.М.Тихомиров (заместитель главного редактора журнала «Квант»).Помимо научного содержания, журнал отличается яркими и актуальными даже в наше время обложками. На них изображены физические процессы и явления.#советскийдизайн

Автор канала просит прощения за долгое отсутствие, но обещает подписчикам новые материалы в новогодние каникулы (особенно из журнала по ссылке ниже)А сейчас хочется поделиться с вами архивом журнала «Квант» в электронном виде тут ->> https://kvant.mccme.ru/

Если вернуться к аллегории поведения экономики РФ, то бюджетные расходы можно сравнить с моментом импульса (то есть чем выше расходы, тем быстрее вращение, но скорость его зависит от оси вращения если гироскоп несимметричный). Действия по охлаждению денежно-кредитной политики можно сравнить с силой тяжести. Если расходы бюджета низкие, то эффект вращения пренебрежимо мал и грузик будет тянуть правый диск вниз. Если расходы бюджета существенные, то результирующая сила направлена совершенно в другом направлении и грузик не способен тянуть вниз правый диск - он остается на одном и том же уровне.Отметим, что гироскоп обладает таким поведением именно при высокой скорости вращения, данный эффект не будет проявляться на малых скоростях вращения. Почему же данный эффект не совсем верный для сравнения с текущей экономикой?Эффект Джанибекова проявляется для асимметричных тел и если вращение происходит вдоль промежуточной оси. При воздействии на гироскоп внешнего момента сил, гироскоп поворачивает свою ось так, чтобы уменьшить угол между вектором момента импульса самого гироскопа и вектором момента внешних сил (что бы это ни значило). В эффекте Джанибекова с гайкой в космосе отсутствуют внешние силы, то есть гайка сама изменяет направление исключительно из-за своей несимметричности и из-за вращения вокруг промежуточной оси. К тому же, это направление меняется с фиксированной периодичностью. Можно такую аллегорию привести для сравнения с экономикой, когда ставка не меняется (сила тяжести = 0), а изменение направления связано исключительно с перераспределением спроса внутри экономики и происходит циклически. В условиях земли, например, при действии силы тяжести направление вращения не меняется относительно вертикальной оси - при подбрасывании ракетки, она как и все тела летит сначала вверх, а потом опускается вниз.Более наглядным примером может стать китайский волчок, который имеет форму перевернутого гриба, где центр тяжести находится ниже точки центра вращения. При вращении из

Автор посмотрел пресс-конференцию Банка России по изменению ключевой ставки и много думал. О чем? Об эффекте Джанибекова, который был упомянут в прессе в контексте того, что изменение ключевой ставки, направленное на охлаждение кредитования экономики, не приводит к желаемому эффекту, а наоборот.Про сам эффект Джанибекова простыми словами наглядно объяснено на видео здесь .Он показывает, что для ассиметричного предмета, если задать ему вращение по одной из осей (промежуточной, где момент импульса при вращении ни максимальный, ни минимальный), то предмет делает обороты на 180 градусов вокруг этой оси.Является ли эта аллегория правильной к имеющейся ситуации? и да и нет.Да, поскольку является корректной с точки зрения того, что при вращении тел с большой скоростью вдоль одной из осей, направление движения такого вращающегося тела совершенно отлично и не совпадает с направлением приложенной внешней силы. Таким поведением обладают гироскопические тела, где эффект от приложенной силы определяется моментом силы и направлен перпендикулярно ей. Самый простой пример - вращающийся волчок.Посмотрим, например, на гироскоп, изображенный на рисунке выше - по оси Z расположены два вращающихся диска, ось вращения которых совпадает с осью Z. При отсутствии вращения, если на ось Z повесить груз P, то под действием силы тяжести F правый диск будет опускаться вниз - то есть вдоль направления действия внешней силы.Для вращающегося гироскопа, направление движения будет уже определяться моментом данной силы F и направлен перпендикулярно направлению силы F и радиусу-вектору от центра гироскопа O до точки приложения силы F, то есть перпендикулярно оси Y в плоскости XZ.

В области рентгеновского и гамма-излучения на первый план уже выступают квантовые свойства излучения. Рентгеносвкие излучения возникают при торможении быстрых заряженных частиц , а также в результате процессов, происходящих внутри элеткронных оболочек атомов. Гамма-излучения появляются в результате процессов, происходящих внутри ядер атомов или превращения элементарных частиц, например, при торможении быстрых заряженных частиц. Если говорить чуть проще, то альфа-излучение — это поток ядер гелия-4 = 2 протона+ 2 нейтрона, бета — поток быстрых электронов, а гамма — поток фотонов высокой энергии. Подробнее здесь

Чем отличается рентгеновское излучение от бетта-излучения и альфа-излучения? Отвечаю.Во-первых, под светом принимаются не только видимый свет, но и примыкающие к нему области спектра электромагнитного излечения - инфракрасного и ультрафиолетового.Области спектра отличаются между собой длиной волны и частотой - величинами, которые характеризуют не только волновые, но и квантовые свойтва электромагнитного излучения.Для начала, напомним, что такое длина волны. Длина волны- это расстояние, на которое распространяется волна, равное периоду колебания, или грубо говоря, это расстояние между двумя максимумами или минимумами волны на рисунке.Спектр принято делить на радиоволны, инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение. Различаются они по способу генерации и приему излучения, а границы между ними очень условны.Если по порядку, то:радиоволны - это волны, длина волны которых превосходит 0,1 мм. Их делят на 1) сверхдлинные волны с длиной волны более 10 км, 2) длинные волны с длиной волны между 1 и 10 км, 3) средние волны с длиной волны между 100 м и 1 км, 4) короткие волны с длиной волны между 10 м и 100 м, 4) ультракороткие волны с длиной волны менее 10 м; 5) ультракороткие волны с длиной волны менее 10 м. Последние принято делить на метровые, дециметровые, миллиметровые, субмиллиметровые или микрометровые волны. Например, волны СВЧ из микроволновой печи (СВЧ) - это волны длиной волны всего лишь менее 1 м!Оптическая область спеткра - это видимое излучение, занимаемое от инфракрасного до ультрафиолетового излучения. Основная характеристика оптической области спектра заключается в том, что длина волны велика по сравнению с молекулярными размерами и межмолекулярными расстояниями, но на границах оптической области спектра эти взаимосвязи нарушаются и длина волны уже сопоставима с межмолекулярными расстояниями. Именно так вы можете запомнить, какие волны вы видите визуально!

12. "Приницпы квантовой механики" П. Дирак - если ее освоить, то дальше в чтении этого канала у вас уже точно не возникнет необходимости:)13. Ну и если наконец-то приблизиться к квантовой информатике, то самое лучшее из найденного мной - это лекции и книги Холево А.С. Единственный недостаток заключается в том, что они требуют хорошего понимания материала из предыдущих двух пунктов Делитесь и вы своими полезными источниками в комментариях! #источники